中国空间科学技术

›› 2013, Vol. 33 ›› Issue (3): 37-45.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.03.006

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椭圆轨道非线性相对运动模型的周期解与应用

 曹静, 袁建平, 罗建军   

  1. （西北工业大学航天飞行动力学技术重点实验室，西安710072）
  • 收稿日期:2012-09-11 修回日期:2013-01-27 出版日期:2013-06-25 发布日期:2013-06-25
  • 作者简介:曹 静 1986年生，2008年毕业于西北工业大学飞行器设计专业，现为西北工业大学飞行器设计专业博士研究生。研究方向为航天器相对运动动力学与控制。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金（11072194），航天飞行动力学技术重点实验室开放基金（2012afdl021）资助项目

PeriodicSolutiontoEllipticalOrbitNonlinearRelativeMotionModelandtheApplication

 CAO  Jing, YUAN  Jian-Ping, LUO  Jian-Jun   

  1. （NationalKeyLaboratoryofAerospaceFlightDynamics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi′an710072）  
  • Received:2012-09-11 Revised:2013-01-27 Online:2013-06-25 Published:2013-06-25

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摘要： 在长期的航天器编队飞行中传统的基于线性相对运动模型设计编队保持轨道的方法会引起较多的燃料消耗。首先采用摄动法解析地求得了考虑二阶非线性项时椭圆轨道相对运动模型的周期性条件和周期解；然后以此周期解为参考轨道设计了基于Lyapunov稳定的PD保持控制律。仿真结果表明：基于椭圆轨道非线性相对运动模型的周期解较基于椭圆轨道线性相对运动模型的周期解，精度明显提高；以前者为参考轨道的保持控制与以后者为参考轨道的保持控制相比，燃耗明显降低。

关键词: 摄动法, 周期解, 非线性相对运动模型, 椭圆轨道, 编队飞行, 保持控制, 航天器

Abstract: Traditionalformationkeepingorbitdesignisbasedonlinearrelativemotionmodelwhichwillleadtomorefuelconsumptionduringlongtermspacecraftformationflying.Firstly,theperiodicconditionandperiodicsolutionwereobtainedbysolvingtheellipticalorbitrelativemotionmodelconsideringthesecondordernonlineartermswithperturbationapproach.TheperiodicsolutionobtainedwasthenusedasthereferenceorbitofaPDcontrollawforformationkeepingbasedontheLyapunovstabilitytheory.Simulationresultsshowthattheperiodicsolutionbasedonthenonlinearrelativemotionmodelofellipticalorbitismoreaccuratethanthatbasedonlinearrelativemotionmodelofellipticalorbit.Andtheformationmaintaincontrollawwithperiodicreferenceorbitbasedonnonlinearmodelcansavemuchmorefuelcomparedwiththatbasedonthelinearmodel.

Key words: Perturbationapproach, Periodicsolution, Nonlinearrelativemotionmodel, Ellipticalorbit, Formationflying, Maintaincontrol, Spacecraft